#國內高質量學術進展匯總#北京大學研發出微型石墨烯薄膜燈絲熱電子發射器

國內周報第45期摘要：北京大學研究團隊使用微加工制造方法研發出以微尺度石墨烯薄膜作為燈絲的微型熱電子發射器；清華大學運用密度泛函數理論驗證N或O摻雜可有效抑制鋰硫電池的飛梭效應；中科大研制出Te納米線/碳納米管復合陰極材料碲電極鋰電池；中國工程物理研究院等機構制備出中空石墨烯/導電聚合物復合纖維并將其用于制造新型纖維狀的超級電容器；北京工業大學等高校的研究者制備出高度穩定的鋯基MOFs以檢測和去除廢水中的抗生素和有機炸藥；廈門大學利用陽離子交換反應構建了具有不同形狀的Mn2+和Zn2+氧化鐵納米顆粒；中科院理化技術研究所制備出新型硒汞化物BaHgSe2；中科院蘇州納米所采用基于離散偶極子近似方法研究了金屬團簇吸附對等離子共振阻尼的影響，結果表明阻尼主要是由納米棒兩邊的吸附產生。

【材料牛重點關注】

北京大學研發出微型石墨烯薄膜燈絲熱電子發射器

微加工的電子發射器由于其在真空電子產品中具有前景的應用而受到人們的廣泛重視。然而，具有快速溫度響應和可控電子發射的可調微加工電子發射器仍面臨重重挑戰。

近日，北京大學的研究團隊使用微加工制造的方法制備出以微尺度石墨烯薄膜作為燈絲的微型熱電子發射器。石墨烯微型電子發射器的發射電流在適度的柵電壓范圍內可在6個數量級內調節，開關時間小于1微秒，比大型電子發射器的開關時間快了5個數量級。更重要的是，通過微加工制造技術設計石墨烯的尺寸使得石墨烯微型電子發射器的電子發射性能可控并且可再生，從而制造出的石墨烯陣列電子發射器的電子發射性能更加均勻。

微型石墨烯電子發射器為實現大型可尋址的電子發射器陣列在真空電子器件的應用提供了可能。

該項成果發表于：NATURE COMMUNICATIONS。

【更多關注】

清華大學驗證N或O摻雜可有效抑制鋰硫電池的飛梭效應

當前鋰硫電池的研究高度集中在高容量儲能方面，面臨的嚴峻問題之一是飛梭效應。

近日，清華大學的研究團隊運用密度泛函數理論對摻雜不同原子的納米碳材料進行分析，并對鋰硫電池的機理、未來的設計進行了詳細說明。實踐證明，采用N或O摻雜的化學改性方法可以通過偶極-偶極靜電相互作用顯著提高碳主體和多硫化物間的相互作用，從而有效地抑制飛梭效應，提高容量和庫倫效率。相比之下，引入B、F、S、P和Cl的結果卻不盡如人意。因此他們提出在鋰硫電池中摻雜碳支架的構想以實現強靜電偶極-偶極相互作用。

此外，研究者可以通過共摻雜的方法在鋰硫電池中實現更強的相互作用從而“困住”充放電過程中產生的多硫化物。

該研究成果發表于：Small。

中科大研制出Te納米線/碳納米管復合陰極材料碲電極鋰電池

在可充電鋰離子電池中，基于第六主族元素的陰極材料由于具有和O、S相當的理論體積容量密度、更高的與鋰反應活性而嶄露頭角。

來自中國科學技術大學等高校及研究中心的研究者將Te納米線/雙功能彈性碳納米管氣凝膠復合材料用于陰極材料，并組裝出兩種類型的粘合劑/集電極-碲電極鋰電池。碳納米管高的導電性和多孔結構保證穩定的電接觸以及鋰離子的傳輸，與此同時將Te和Li2Te“困在”網絡中，從而快速觸發以及穩定其電化學特性。陰極也具有良好的可壓縮性，以緩沖鋰化/脫鋰化過程中的體積膨脹，提高電極完整性。

該陰極材料具有比容量高、循環穩定性好和倍率性能好等優點，有望開啟下一代高能量電池的“超鋰”時代。

該項成果發表于：Advanced Functional Materials。

中國工程物理研究院等機構研制出新型纖維狀超級電容器

近日，來自中國工程物理研究院化學材料研究所和復旦大學高分子材料科學與工程學院研究者制備出高力學性能的中空石墨烯/導電聚合物復合纖維并將其用于制造新型纖維狀的超級電容器，具有高的能量密度和優異的壽命穩定性。這種纖維超級電容器織成的柔性供電紡織品，在便攜式和可穿戴電子產品領域具有巨大前景。

該項成果發表于：Advanced Materials。

北京工業大學制備出高度穩定的鋯基MOFs

廢水中主要污染物——抗生素和有機炸藥的檢測和清除十分重要但具有挑戰性。作為一類新型的多孔材料，金屬有機骨架化合物（MOFs）在傳感和吸附領域具有良好的應用前景。

近日，北京工業大學等高校的研究者制備出高度穩定的鋯基MOFs以檢測和去除廢水中的抗生素和有機炸藥。團隊使用拓撲結構分析方法設計并合成出兩類穩定的鋯基MOFs：Zr6O4(OH)8(H2O)4(CTTA)8/3(BUT-12)和Zr6O4(OH)8(H2O)4 (TTNA)8/3(BUT-13)，兩者分別具有高達3387m2/g、3498m2/g的布魯諾爾-埃米特-泰勒（BET）表面積，BUT-13在目前水穩定性MOF中性能最為突出。可以通過追蹤水中呋喃西林（NZF）和呋喃妥因（NFT）抗生素以及2,4,6-三硝基苯酚（TNP）和對硝基苯酚（4-NP）的數量得知這些MOFs具有優異的熒光性能。它們擁有MOFs基傳感材料的最高水平：對于十億分率含量的水平感應仍然十分靈敏。同時，它們對于這些有機分子還具有高的吸附作用，研究發現，吸附可進一步提高熒光淬滅效率，對于吸附物的分析具有重要作用。這些結果表明，BUT-12和13可以同時選擇性檢測和去除特定抗生素和爆炸性有機物，在水質監測和污水處理方面具有潛在作用。

該研究成果發表于：JACS。

廈門大學利用陽離子交換反應構建了Mn2+和Zn2+氧化鐵納米顆粒

陽離子交換是一種在保持形態情況下，通過復合變化來調節納米晶體性質的有力手段。

近日，廈門大學等高校的研究團隊揭示了，陽離子交換可以改變鐵氧化物納米晶體的組成，以在核磁共振成像中顯著提高其對比度。他們利用陽離子交換反應成功地構建了具有不同形狀（球體，立方體，和八倍體）的Mn2+和Zn2+氧化鐵納米顆粒。Mn2+和Zn2+進入鐵氧體的晶格，且大多數都分布在鐵素體的TD位點。這些工程的形狀各向異性的氧化鐵納米顆粒具有高飽和磁化強度和較大的有效邊界半徑，因此橫向弛豫率十分顯著。

這些氧化鐵納米粒子可以作為體內核磁共振成像高性能的造影劑在體內成像，使早期肝腫瘤和肝轉移瘤得以靈敏成像（小至0.4毫米），在癌癥的及時發現以及轉移方面具有巨大潛力。

該研究成果發表于：Chemistry of Materials。

中科院理化技術研究所制備出新型硒汞化物BaHgSe2

近日，中科院理化技術研究所的研究團隊制備出新型硒化汞BaHgSe2具較高的非線性光學響應以及共同熔點。該結構在平面三角形單元中包含[HgSe3]4?陰離子的角共享鏈，在紅外非線性光學材料中充當新的基本官能團以賦予材料大的非線性極化率和理化穩定性。

這樣的平面三角形單元有助于研究者在尋找與傳統黃銅材料完全不同的實用紅外非線性光學材料的過程中另辟蹊徑。

該研究成果發表于：JACS。

中科院蘇州納米所研究了金屬團簇吸附對等離子共振阻尼的影響

通過金屬吸附對等離子體納米粒子進行表面修飾在等離子體感應、等離子體增強光催化劑中具有重要的應用。

近日，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所的相關團隊研究了金屬團簇吸附對等離子共振阻尼的影響，應用單粒子暗場光譜測試鉑摻雜前后的同樣的金納米棒。研究發現由于線寬增加而導致的鉑誘導阻尼等離子體依賴于測量納米棒的共振波長，其本質上是分散的。基于離散偶極子近似方法的仿真結果表明阻尼主要是由棒兩邊的吸附產生。金、銀、鉑具有不同的體積介電函數，因此從孤立的集群到一個完整的殼的過渡過程表現出巨大的差異。

這一發現將為研究者設計和制造金屬異質結構納米功能材料提供新的思路。

該研究成果發表于：Small。

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本期周報由國內材料周報小組吳長青撰寫，材料牛編輯整理。